ODILON A. CAMARGO DO AMARANTECamargo Schubert Engenharia Elica

MICHAEL BROWER E JOHN ZACKTrueWind Solutions

ANTONIO LEITE DE SCentro de Pesquisas de Energia Eltrica/CEPEL

BRASLIA, 2001

MENSAGEMO aproveitamento de energia elica no mundo cada vez mais consolida-se como uma alternativa vivel e limpa. Esse tipo de energia compe complementarmente matrizes energticas de muitos pases e, uma vez que os ventos oferecem uma opo de suprimento no sculo XXI, em conjunto com outras fontes renovveis, poder conciliar as necessidades de uma sociedade industrial moderna com os requisitos de preservao ambiental.

Os nmeros que indicam a crescente utilizao de energia elica, em vrias partes do mundo, comprovam a maturidade da tecnologia que envolve e dos aspectos scioeconmicos que lhes so pertinentes. Consideradas a sua configurao geogrfica, as suas condies climticas e a necessidade e oportunidade de ampliar e revigorar a nossa matriz energtica, para o Brasil mostra-se absolutamente adequado e estratgico conduzir esforos para acompanhar essa tendncia e implementar efetivamente a tecnologia da gerao de energia elica.

Para esse fim, no entanto, torna-se indispensvel o levantamento de seu potencial elico com a mais moderna tecnologia de aquisio e tratamento de dados, condio essencial para que projetos de fazendas elicas se multipliquem, o que possibilitar a transformao dos bons ventos brasileiros em eletricidade para o nosso desenvolvimento.

O ATLAS DO POTENCIAL ELICO BRASILEIRO, que ora lanamos, traduz o propsito de oferecer todos os dados relativos ao levantamento do potencial elico, no Brasil, com informaes sobre vento de qualidade para uso em projetos de gerao elica em maior nmero e com maior confiabilidade.

O Ministrio de Minas e Energia parabeniza as instituies e pessoas envolvidas na elaborao desse marco para o desenvolvimento da energia elica no Brasil, bem como se orgulha de entregar, aos pioneiros da energia elica brasileira e aos novos atores que surgiro nessa rea, este importante instrumento de trabalho.

JOS JORGE DE VASCONCELOS LIMAMINISTRO DE ESTADO DE MINAS E ENERGIA

APRESENTAOO ATLAS DO POTENCIAL ELICO BRASILEIRO cobre todo o territrio nacional. O seu objetivo fornecer informaes para capacitar tomadores de deciso na identificao de reas adequadas para aproveitamentos elio-eltricos. Este atlas destina-se a autoridades governamentais, planejadores do setor eltrico, agncias nacionais e internacionais de financiamento, instituies de fomento e investidores.

Um dos fatores que limitam investimentos em empreendimentos elicos a falta de dados adequados e confiveis. Este atlas vem preencher parte dessa lacuna, apresentando informaes de qualidade sobre as reas com bom potencial elico no territrio nacional e suas principais caractersticas, tais como: velocidade mdia, direo, regime e sazonalidade do vento.

Na elaborao deste atlas foram empregadas ferramentas computacionais de ltima gerao para processamento dos dados utilizados na obteno das informaes de interesse. Tais informaes so apresentadas em forma de diversos mapas, abrangendo cada uma das regies brasileiras, Norte, Sul, Nordeste, Sudeste e Centro-Oeste bem como a representao da superfcie total do pas.

O ATLAS DO POTENCIAL ELICO BRASILEIRO constitui-se, assim, em um instrumento indicativo fundamental para que se possa pr-avaliar os recursos elicos para gerao de energia eltrica, sua principal finalidade, podendo tambm ser fonte de consulta para pesquisas acadmicas e cientficas, alm de outras possveis aplicaes que utilizem dados dos ventos.

AFONSO HENRIQUES MOREIRA SANTOSSECRETRIO DE ENERGIA

SUMRIOMENSAGEM APRESENTAO SUMRIO EXECUTIVO 1. INTRODUO1.1 ESTUDOS DO POTENCIAL ELICO BRASILEIRO . . . . 9 1.2 O BRASIL: GEOGRAFIA . . . . 9 1.3 SISTEMA ELTRICO BRASILEIRO . . . . 10 1.4 CLIMA E SAZONALIDADE . . . . 12

RELAO1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 4.1 4.2 5.1

DE

FIGURAS

RELAO

DE

MAPAS

POSIO GEOGRFICA DO BRASIL . . . . 10 RELEVO E PRINCIPAISBACIAS HIDROGRFICAS . . . . 10

POTENCIAL ELICO BRASILEIRO ANUALVELOCIDADES MDIAS ANUAIS E FLUXOS DE POTNCIA ELICA . . . . 26 DIREES PREDOMINANTES ANUAIS. . . . 27 REGIMES DIURNOS MDIA ANUAL . . . . 28 FATOR DE FORMA DE WEIBULL MDIA ANUAL . . . . 29K

MOSAICO DE IMAGENS DE SATLITE . . . . 10 SNTESE DO SISTEMAELTRICO BRASILEIRO . . . . 11

MDIAS CLIMATOLGICAS SAZONAIS . . . . 12 EVOLUO MUNDIAL DA CAPACIDADE ELIO-ELTRICA . . . . 13 ESTEIRA AERODINMICA E AFASTAMENTO ENTRE TURBINAS ELICAS . . . . 14 USINA ELIO-ELTRICA DE PRAINHA, CEAR . . . . 14 CURVA TPICA DE POTNCIA DE TURBINAS ELICAS . . . . 14 VISTA GERAL DA FABRICAO DAS PS E MONTAGEM DA NACELE . . . . 14 REGIES UTILIZADAS NO CLCULO DA MESOESCALA . . . . 16 MODELO DE RELEVO . . . . 17 MOSAICO DE IMAGENS DE SATLITE (SPOT) . . . . 18 MODELO DE RUGOSIDADE . . . . 19 FREQNCIA DE OCORRNCIA DE VENTO BASEADO NA CURVA DE WEIBULL . . . . 20 EXEMPLO DE DETALHES NA SUBESCALA: RIO DE CONTAS, BAHIA . . . . 21 REGRESSO LINEAR PARAAJUSTE DE VELOCIDADE . . . . 22

POTENCIAL ELICO BRASILEIRO SAZONALVELOCIDADES MDIAS TRIMESTRAIS . . . . 32 RAZO ENTRE A VELOCIDADE MDIA TRIMESTRAL E A ANUAL . . . . 33 DIREES PREDOMINANTES . . . . 34 FATOR DE FORMA DE WEIBULL MDIAS SAZONAIS . . . . 35K

2.

FUNDAMENTOS DA ENERGIA ELICA2.1 ORIGEM . . . . 13 2.2 HISTRICO . . . . 13 2.3 PRINCPIOS E TECNOLOGIA . . . . 14

3.

METODOLOGIA3.1 O SISTEMA MESOMAP . . . . 15 3.2 RESULTADOS DO MESOMAP . . . . 20 3.3 LIMITAES DO MTODO . . . . 20 3.4 VALIDAO DO MESOMAP . . . . 21

POTENCIAL ELICO REGIONALNORTE . . . . 38 NORDESTE . . . . 39 CENTRO-OESTE . . . . 40 SUDESTE . . . . 41 SUL . . . . 42

4.

POTENCIAL ELICO BRASILEIRO4.1 REGIMES DE VENTO SOBRE O BRASIL . . . . 23 4.2 MAPAS DO POTENCIAL ELICO ANUAL . . . 25 4.3 MAPAS DO POTENCIAL ELICO SAZONAL . . . . 31 4.4 MAPAS DOS POTENCIAIS ELICOS REGIONAIS . . . . 37

DISTRIBUIO GERAL DOS VENTOS . . . . 23 MOSAICO SPOT SOBRE RELEVO 3D . . . . 24 POTENCIAL ELICO ESTIMADO . . . . 44

5.

ANLISE5.1 POTENCIAL ELIO-ELTRICO ESTIMADO . . . . 43

REFNCIAS BIBLIOGRFICAS . . . . 45

SUMRIO EXECUTIVOESCOPO: O presente ATLAS elico abrange todo o territrio brasileiro. Seu objetivo fornecer informaes relativas aos ventos, na resoluo adequada, para capacitar tomadores de deciso na identificao de reas para aproveitamentos elio-eltricos.

CONTEXTO: A gerao elio-eltrica expandiu-se no mundo de forma acelerada ao longo da ltima dcada, atingindo a escala de gigawatts. Um dos fatores que limitam investimentos em empreendimentos elicos tem sido a falta de dados consistentes e confiveis. A maioria dos registros anemomtricos disponveis mascarada por influncias aerodinmicas de obstculos, rugosidade e relevo. A disponibilidade de dados representativos importante no caso brasileiro, que ainda no explorou esse recurso abundante e renovvel de forma expressiva.

ESTE ATLAS DO POTENCIAL ELICO BRASILEIRO tornouse possvel mediante o desenvolvimento, nos ltimos trs anos, de um abrangente sistema de software de modelamento numrico dos ventos de superfcie chamado MesoMap. Esse sistema simula a dinmica atmosfrica dos regimes de vento e variveis meteorolgicas correlatas a partir de amostragens representativas de um banco de dados validado. O sistema inclui condicionantes geogrficas como relevo, rugosidade induzida por classes de vegetao e uso do solo, interaes trmicas entre a superfcie terrestre e a atmosfera, includos os efeitos de vapor d'gua. No caso presente, as simulaes empregaram uma base de dados do perodo compreendido entre 1983 e 1999. Essas simulaes foram balizadas por referncias existentes, tais como grades de dados meteorolgicos resultantes de reanlises, rdiossondagens, vento e temperatura medidos sobre o oceano e medies de vento de superfcie j realizadas regionalmente no Brasil. Entre essas ltimas, foram selecionadas apenas as medies com qualidade necessria para referenciar o modelo ou, na falta destas, foram utilizadas referncias pr-existentes representativas de grandes reas, conforme se indica no quadro a seguir.

OS RESULTADOS dessas simulaes so apresentados em mapas temticos por escalas de cores, representando os regimes de vento e fluxos de potncia elica na altura de 50 metros, na resoluo horizontal de 1km x 1km, para todo o pas. Os mapas revelam que existem extensas reas com potencial promissor para o aproveitamento elio-eltrico em todas as regies do Brasil. Sugere-se a consulta direta aos mapas dos potenciais elicos deste ATLAS, para uma sntese e identificao detalhada das melhores reas. OS MAPAS DO POTENCIAL ELICO ANUAL revela uma importante complementaridade geogrfica entre os potenciais elico e hidrulico no Brasil: de modo geral, as melhores reas para aproveitamento elico situam-se nas extremidades do sistema eltrico, distantes da gerao hidreltrica. Nessa situao, a insero de energia elica no sistema eltrico melhora seu desempenho. OS MAPAS DO POTENCIAL ELICO SAZONAL tambm confirmam a existncia de complementaridade sazonal entre os regimes naturais de vento e as vazes naturais hdricas na parcela hidreltrica predominante do sistema eltrico brasileiro atual. Nesse sistema, a insero de energia elica potencializa uma maior estabilidade sazonal na oferta de energia. As oportunidades para o uso de gerao elica isolada so geograficamente mais abrangentes, pois turbinas elicas pequenas so muitas vezes capazes de atender s demandas isoladas com velocidades menores de vento. Para esse tipo de aproveitamento existem amplas reas em todo o Brasil, com exceo da Floresta Amaznica. Este ATLAS tambm deve constituir ferramenta til para a avaliao das reas vantajosas para a utilizao de sistemas elicos isolados, considerando-se as alternativas existentes. COMPLEMENTO: o presente ATLAS pode ser utilizado na pr-identificao das melhores reas para projetos de aproveitamentos elio-eltricos. Entretanto, devido grande sensibilidade da energia elica s condies de microescala, a localizao exata das turbinas elicas e a avaliao econmica do empreendimento deve seguir programas especficos de medies, compatveis com os padres da indstria elica, para se obter em dados com a preciso exigida pelo projeto.

QUADRO 1 InstituioCEPEL CELESP COPEL COELBA SUDENE

Abrangncia Regio Norte Santa Catarina Paran Bahia Cear Litoral

No de estaes 7 6 17 13 2 2 47

Marinha - DHN Total

tados brasileiros, destacando-se os trabalhos realizados em Minas Gerais e no Rio Grande do Sul.

1.1 ESTUDOS DO POTENCIAL ELICO BRASILEIROCom o uso de ferramentas possibilitadas por recentes avanos da capacidade computacional, de simulaes baseadas nas leis fsicas de interao entre as diversas variveis meteorolgicas registradas e consolidadas em extensos bancos de dados e validadas por registros anemomtricos selecionados , o presente ATLAS supera obstculos histricos ao conhecimento do potencial elico brasileiro, que apresentado com detalhamento e representatividade antes impossveis. O potencial elico brasileiro para aproveitamento energtico tem sido objeto de estudos e inventrios desde os anos 1970 e o seu histrico revela o lento mas progressivo descortinamento de um potencial energtico natural de relevante magnitude existente no pas. Em 1976-77, um processamento especfico de dados anemomtricos medidos em aeroportos brasileiros foi realizado no Instituto de Atividades Espaciais, no Centro Tcnico Aeroespacial, IAE/CTA [1].* As maiores velocidades mdias anuais, da ordem de 4m/s a 10m de altura, j induziam marginalmente a viabilidade tcnica de mquinas de pequeno porte para sistemas isolados e apontavam o litoral da regio Nordeste e o Arquiplago de Fernando de Noronha como os stios mais promissores para a realizao de projetos-piloto para gerao de energia elio-eltrica. At 1981, diversos prottipos de turbinas elicas de pequeno porte (2kW e 5kW) foram desenvolvidos e um campo de testes foi operado no Centro de Lanamento de Foguetes da Barreira do Inferno, na costa do Rio Grande do Norte, em projeto conjunto com o DFVLR-IBK, rgo de pesquisa aeroespacial da Alemanha. Em 1987, a CHESF Companhia Hidro-Eltrica do So Francisco finalizou um inventrio do potencial elico da regio Nordeste [2], realizado a partir de processamento/ anlise de registros anemogrficos para um perodo de 5 anos (1977-1981) de 81 estaes a 10m de altura, pertencentes Rede Meteorolgica do Nordeste SUDENE. Os dados, processados pela Universidade Federal da Paraba, Campina Grande, foram publicados em sumrios e mapas de isolinhas para velocidades a 10m de altura. As maiores velocidades mdias anuais encontradas para a altura de 10m foram de 5,5m/s e 4,3m/s, para Macau, RN e Caetit, BA, respectivamente. Tambm na dcada de 1980, diversos estudos regionais foram conduzidos para mapeamento elico de es-

O primeiro Atlas do Levantamento Preliminar do Potencial Elico Nacional foi iniciado em 1979, pela ELETROBRS-CONSULPUC [3]. Ainda na dcada de 1980, a ELETROBRS e a Fundao Padre Leonel Franca deram continuidade a esse trabalho, com a realizao de um extenso estudo meteorolgico que incluiu o processamento de dados de 389 estaes anemomtricas de 10m de altura, existentes em todo o territrio nacional, relacionadas no quadro 2: QUADRO 2 Instituto Nacional de Meteorologia: Ministrio da Aeronutica (aeroportos):CEMIG

Em 1996, um relatrio da CHESF [5] apresentou um estudo do potencial elico do litoral do Cear e do Rio Grande do Norte, j a partir dessas primeiras medies na regio. Simulaes computacionais com uso de curvas de desempenho de turbinas de 500kW e 600kW indicaram a possibilidade de gerao de 9,55 TWh/ano e 2,96 TWh/ano com a ocupao de 10% dos litorais do Cear e Rio Grande do Norte, respectivamente. Em 1999, a COPEL publicou o Mapa do Potencial Elico do Estado do Paran, a partir das medies efetuadas por 5 anos em 25 locais especialmente selecionados, em torres de 18m a 64m de altura. Esse mapa foi produzido na resoluo de 2km a partir do software WindMap, com utilizao de modelos de geoprocessamento de relevo e rugosidade do Estado do Paran. Alm de revelar reas de grande potencial elico no interior do Paran, o trabalho indicou um potencial de gerao elica de 5,8 TWh/ano no estado, utilizando-se apenas as reas com velocidades mdias anuais superiores a 6,5m/s. Com a acelerao mundial do aproveitamento elioeltrico em escala e a instalao das primeiras usinas elicas no Brasil, no final da dcada de 1990, iniciaramse as primeiras medies anemomtricas especficas para estudos de viabilidade, com uso de torres de 30-50m e equipamentos com preciso e procedimentos requeridos para a finalidade. Essas medies concentraram-se inicialmente nos Estados do Par, Cear, Paran, de Santa Catarina e do Rio Grande do Sul. J resultante dessas medies mais precisas, a Secretaria da Infra-Estrutura do Governo do Estado do Cear publicou em 2001 o Atlas do Potencial Elico do Estado do Cear. Tambm com a utilizao da metodologia WindMap, os mapas temticos de velocidades mdias anuais de vento so apresentados na resoluo de 500m, para as alturas de 50m e 70m. Destacaram-se as reas de baixssima rugosidade das dunas do litoral cearense, com velocidades mdias anuais da ordem de 9m/s. A integrao das reas em software de geoprocessamento revela um potencial aproveitvel da ordem de 12,0 TWh na altura de 50m e de 51,9 TWh na altura de 70m, para ventos mdios anuais superiores a 7m/s.

319 51 10 2 2 2

Cia. Energtica de Minas Gerais:

ELETROBRS: PORTOBRS COPEL

Empresa de Portos do Brasil:

Cia. Paranaense de Energia:

O Atlas do Potencial Elico Nacional [4], resultante desse trabalho, indicou a tendncia a velocidades maiores de vento no litoral brasileiro e tambm em reas do interior favorecidas por relevo e baixa rugosidade. O mapeamento por isolinhas das velocidades mdias a 10m de altura tambm possibilitou identificar locais com mdias anuais entre 5m/s e 6m/s. Todos esses estudos realizados at o final da dcada de 1980 foram prejudicados pela considerao exclusiva de registros anemomtricos obtidos a alturas mximas de 10m. A maioria dos seus dados mascarada pela influncia de rugosidade e obstculos prximos; esses dados no so necessariamente representativos das reas geogrficas em que esto instalados os equipamentos. Metodologias para a correo e extrapolao desses dados para alturas desejadas (WAsP, por exemplo) ainda no se achavam disponveis na poca. Mesmo que existissem, aplic-las ao territrio brasileiro em toda a sua extenso possivelmente implicaria custos e prazos excessivos, alm de grandes margens de incerteza nos resultados. Na dcada de 1990 iniciaram-se medies especficas para inventrios de potencial elico em torres de maior altura (>=20m) instaladas em locais especificamente selecionados em diversas regies do Brasil: litoral do Cear e Estados da Bahia, Minas Gerais e Paran.

1.2 O BRASIL: GEOGRAFIAEste ATLAS DO POTENCIAL ELICO cobre todo o territrio brasileiro. Com 8.514.215 km2, o Brasil o quinto pas do mundo e o maior da Amrica Latina em rea territorial. Estendendo-se entre as latitudes 5o16N e 33o45S e longitudes 32o23W e 73o59W (figura 1.1), o Brasil apresenta distintas regies imersas em vrias zonas de climas e regimes sinticos de circulao atmosfrica. Seus 7.367 km de extenso litornea com o Oceano

* As obras correspondentes s referncias em algarismos arbicos entre colchetes encontram-se listadas na pgina 45

9

Atlntico constituem um complexo indutor de mecanismos de mesoescala ao longo dos quais ocorrem brisas marinhas de variadas amplitudes diurnas e sazonais. O relevo interior (figura 1.2) contrape extensas plancies com altitudes mdias inferiores a 250m entre as quais se destacam as da Amaznia, do Pantanal e do Rio Grande do Sul aos planaltos que se estendem do sul at a regio central, com altitudes mdias entre 750m e 1.000m. Ao contrrio de seus vizinhos andinos a oeste, o Brasil no se caracteriza por grandes elevaes. Em poucos locais a altitude ultrapassa 2.000m, e em seu ponto mximo, o Pico da Neblina (AM), atinge 3.014m. No caso elico, o relevo exerce distintas influncias conforme o caso e a regio: como obstculo ao movimento da camada atmosfrica inferior, como indutor de fenmenos de mesoescala (brisas montanha-vale) e como gerador de ondas e aceleraes orogrficas. Como a camada inferior da atmosfera tem espessura da ordem de 600m a 1.500m, reas territoriais elevadas geralmente esto imersas em distintas camadas atmosfricas e regimes de vento. Aliado aos regimes pluviais com origem no mecanismo de circulao atmosfrica, o relevo brasileiro responsvel pelo notvel aproveitamento hidreltrico realizado em suas bacias, destacando-se as dos rios ParanParaguai, So Francisco e Araguaia-Tocantins. No final do sculo passado, a eletricidade de fonte hdrica supria cerca de 93% do consumo brasileiro. Visveis na figura 1.2, essas principais bacias e respectivas reas alagadas por reservatrios hidreltricos encontram-se relativamente distantes dos principais centros de consumo, indicados em vermelho.

Figura 1.2 Relevo

Figura 1.3 Mosaico de imagens compostas do satlite SPOT

A populao brasileira de cerca de 170 milhes de habitantes, 80% concentrados em centros urbanos e 20% dispersos no meio rural. Existem regies de baixa densidade demogrfica, a exemplo da Amaznia, em contraste com regies de alta densidade, como a Sudeste. Grande parte do territrio nacional coberto por florestas, como se apresenta na figura 1.3. O Governo brasileiro, por intermdio do Ministrio de Minas e Energia, vem desenvolvendo esforos para a universalizao da oferta de energia eltrica a todo o meio rural, bem como para a crescente e necessria interligao do sistema eltrico em escala nacional. Alm da expanso territorial do sistema eltrico, as taxas de crescimento econmico de um pas em desenvolvimento como o Brasil requerem a expanso contnua da capacidade geradora, a taxas compatveis. Nesse contexto, a tecnologia elio-eltrica interligada rede emerge como uma das alternativas de gerao complementar. Este ATLAS insere-se nas aes de inventrio estratgico das fontes energticas existentes no territrio brasileiro.

Uma sntese do sistema eltrico brasileiro: gerao, transmisso e centros urbanos mostrada na figura 1.4, na qual pode-se notar:

o sistema de transmisso j interligado em escala nacional, com tendncia ao seu fortalecimento medida que novos investimentos programados forem realizados; os centros de consumo esto relativamente afastados dos principais centros de gerao, com distncias da ordem de 500km a 1.000km. O volume maior de gerao e consumo est concentrado na regio Sudeste; reas reconhecidamente importantes para o aproveitamento do potencial elico no Brasil, como os litorais Nordeste e Sul, encontram-se prximas s extremidades do sistema de transmisso, distantes dos principais centros de gerao eltrica.

1.3 SISTEMA ELTRICO BRASILEIROEm 1999, cerca de 93% do consumo total (315 TWh) de energia eltrica no Brasil foram supridos por usinas hidreltricas [6]. Desse percentual, 39,6% foram consumidos pelos setores residencial e comercial; 44%, pelo setor industrial; e 3,9%, pelo setor agropecurio. O desenvolvimento econmico do pas potencializa necessidades de expanso da oferta de energia em nveis acima de 5% ao ano, pelos prximos 10 anos [6].

A figura 1.4 no mostra as malhas de subtransmisso e distribuio eltrica, as quais tambm encontram-se em notvel expanso no mbito do programa governamental que visa ao atendimento de todos os consumidores rurais do pas. Em 1999, 94,9% das residncias de todo o Brasil j eram atendidas com energia eltrica [6].

Figura 1.1 Posio geogrfica do Brasil, projeo ortogrfica

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Figura 1.4 Sntese do sistema eltrico brasileiro: gerao, transmisso e centros urbanos

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1.4 CLIMA E SAZONALIDADEPela sua extenso em latitude, o Brasil apresenta diferentes climas que variam do equatorial (mido e semimido), na regio Norte, ao subtropical, na regio Sul. Na figura 1.5 so apresentadas as mdias climatolgicas sazonais de precipitao e temperatura [7], que ilustram os diferentes tipos de clima e suas sazonalidades. As velocidades mdias sazonais de vento (a 50m de altura), resultantes do presente ATLAS, esto adicionadas figura 1.5 para ilustrar a complementaridade sazonal entre o potencial elico e o hdrico, sendo este ltimo fundamentalmente associado precipitao pluviomtrica. O norte do pas dominado pelo clima equatorial mido, caracterizado por temperaturas mdias superiores a 25oC e chuvas acima de 2.000mm/ano. a regio da Floresta Amaznica, gerada e mantida pela maior intensidade pluviomtrica, cuja causa a Zona de Convergncia Intertropical (ZCIT), para onde convergem os ventos de superfcie oriundos dos dois hemisfrios terrestres. Uma rea de clima equatorial semi-mido ocorre mais ao norte, abrangendo a metade nordeste do Estado de Roraima e o noroeste do Par, com totais pluviomtricos entre 1.500mm/ano e 2.000mm/ano. O clima tropical abrange praticamente toda a costa, desde o Maranho at partes de So Paulo, estende-se a oeste at Mato Grosso e Mato Grosso do Sul, inclui partes do Nordeste e estados centrais como Gois e Tocantins. caracterizado por chuvas com sazonalidade bem definida: estao seca de 4-5 meses (abril-setembro) e chuvosa (novembro-maro). Essa sazonalidade tem importante papel energtico no sistema eltrico brasileiro, de gerao predominantemente hidrulica, pois suas principais bacias de aproveitamento tm origem nessa regio (figura 1.2). Ao longo das serras de Minas Gerais e So Paulo o clima tropical de altitude, com temperatura mdia anual pouco inferior a 20oC. No Serto nordestino destaca-se um enclave de clima semi-rido, com temperaturas mdias anuais superiores a 25oC, pluviosidade inferior a 750mm/ano e longas estiagens de mais de 8 meses por ano. Abaixo do Trpico de Capricrnio (latitude 23o27S) a regio Sul dominada pelo clima subtropical, cujas caractersticas trmicas e pluviomtricas so similares s do clima temperado, com temperaturas mdias anuais inferiores a 20oC e chuvas bem distribudas ao longo do ano. As amplitudes trmicas anuais so menores na grande regio mais prxima ao Equador, aumentando em direo ao extremo sul do pas. Entre os grandes fatores que influem no clima brasileiro esto a Zona de Convergncia Intertropical ao nor-

Figura 1.5 Mdias climatolgicas sazonais de temperatura, precipitao e velocidade de vento sobre o Brasil

te, mvel ao longo do ano e para a qual convergem os ventos alsios; as distintas aes exercidas pelo relevo continental, incluindo-se a formidvel muralha circulao atmosfrica exercida pelo macio dos Andes no extremo oeste do continente sul-americano; a ao contnua da alta presso do Anticiclone Tropical Atlntico; e a ao peridica irregular das massas de

ar polares que adentram as regies Sul e Sudeste em maior intensidade. A Amaznia representa uma regio bastante peculiar na Terra, pela extenso da rea ocupada por florestas equatoriais e pela intensidade e o volume em que ocorrem as trocas de energia entre gua e atmosfera, em um sistema superfcie-atmosfera fortemente acoplado.

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2.1 ORIGEMO vento atmosfera em movimento tem sua origem na associao entre a energia solar e a rotao planetria. Todos os planetas envoltos por gases em nosso sistema solar demonstram a existncia de distintas formas de circulao atmosfrica e apresentam ventos em suas superfcies. Trata-se de um mecanismo solar-planetrio permanente; sua durao mensurvel na escala de bilhes de anos. O vento considerado fonte renovvel de energia.

pulao. Ao mesmo tempo em que constituiu um importante fator da economia, muitos historiadores atribuem parcela do sucesso e da rapidez da expanso colonizadora do Oeste disponibilidade de cataventos multips de baixo custo que facilitaram o acesso gua e a fixao de apoios em grandes reas ridas ou semiridas. A tabela 2.1 transcreve o U.S. Statistical Abstract de 1919 [9], que reporta a evoluo da indstria de cataventos multips nos EUA ao longo de 40 anos. Estima-se que mais de 6 milhes de cataventos multips j foram produzidos no mundo [8].

dispenderam esforos em pesquisa sobre utilizao da energia elica para a gerao eltrica. Data dessa poca a turbina DEBRA 100kW desenvolvida em conjunto entre os insti, tutos de pesquisa aeroespacial do Brasil e da Alemanha (DEBRA = DEutsche BRAsileira). Entretanto, foi a partir de experincias de estmulo ao mercado, realizadas na Califrnia (dcada de 1980), Dinamarca e Alemanha (dcada de 1990), que o aproveitamento elio-eltrico atingiu escala de contribuio mais significativa ao sistema eltrico, em termos de gerao e economicidade. O desenvolvimento tecnolgico passou a ser conduzido pelas nascentes indstrias do setor, em regime de competio, alimentadas por mecanismos institucionais de incentivo especialmente via remunerao pela energia produzida. Caractersticas tambm marcantes desse processo foram: (a) devido modularidade, o investimento em gerao eltrica passou a ser acessvel a uma nova e ampla gama de investidores; (b) devido produo em escalas industriais crescentes, o aumento de capacidade unitria das turbinas e novas tcnicas construtivas, possibilitaram-se redues graduais e significativas no custo por kilowatt instalado e, conseqentemente, no custo de gerao. O principal problema ambiental inicial impactos das ps em pssaros praticamente desapareceu com as turbinas de grande porte e menores velocidades angulares dos rotores. Por se mostrar uma forma de gerao praticamente inofensiva ao meio ambiente, sua instalao passou a simplificar os minuciosos e demorados estudos ambientais requeridos pelas fontes tradicionais de gerao eltrica, bastando, em muitos casos, aos poderes concedentes a delimitao das reas autorizadas para sua instalao. Esse ltimo fato, aliado s escalas industriais de produo de turbinas, tornaram a gerao elio-eltrica uma das tecnologias de maior crescimento na expanso da capacidade geradora. A figura 2.1 apresenta a evoluo cumulativa da capacidade elio-eltrica instalada no mundo, at 31/12/2000 [10, 11].

Tabela 2.1 Indstria de cataventos multips nos EUA [13]

2.2 HISTRICOOs primeiros aproveitamentos da fora dos ventos pelo homem tm data bastante imprecisa, mas, certamente, ocorreram h milhares de anos, no Oriente. Eram provavelmente mquinas que utilizavam a fora aerodinmica de arrasto, sobre placas ou velas, para produzir trabalho. Estima-se que a partir da Idade Mdia o homem passou a utilizar em maior escala as foras aerodinmicas de sustentao, permitindo as grandes navegaes e tambm maior eficincia s mquinas elicas. Possivelmente, mquinas elicas movidas por foras de sustentao foram introduzidas na Europa pelas Cruzadas, por volta do sculo XI [8]. O certo que no sculo XIV, na Holanda, essas mquinas j apresentavam grande evoluo tcnica e de capacidade em potncia e ampla aplicao como fonte de energia, principalmente em moagem de gros, serrarias e bombeamento dgua. poca da descoberta do Brasil, em 1500, havia muitos milhares de moinhos de vento em toda a Europa, da Pennsula Ibrica aos pases nrdicos. Durante os sculos seguintes, as mquinas elicas tiveram grandemente expandida a sua aplicao na Europa: em fabricao de papel para atender demanda aps a inveno da imprensa, em produo de leos vegetais e at em grandes projetos de drenagem [8]. Com a expanso do uso de mquinas a vapor, no sculo XIX, os moinhos de vento europeus entraram gradualmente em desuso. Outro surto de aplicao em larga escala de mquinas elicas deu-se nos Estados Unidos, no sculo XIX. Aps a abolio da escravatura naquele pas, em 1863, iniciase a disseminao da utilizao do catavento multip para bombeamento dgua. Cataventos multips chegaram a ser produzidos industrialmente em escalas de centenas de milhares de unidades/ano, por diversos fabricantes, o que possibilitou preos acessveis a grande parte da po-

O uso do catavento multips estadunidense expandiuse pelos diversos continentes, inclusive no Brasil. Na dcada de 1880 encontrava-se quase uma dezena de fabricantes, em todo o pas. Para a gerao de energia eltrica, tambm nos Estados Unidos, a partir da dcada de 1930, iniciou-se uma ampla utilizao de pequenos aerogeradores para carregamento de baterias, o que favoreceu o acesso energia eltrica aos habitantes do meio rural. Entre 1930 e 1960, dezenas de milhares desses aerogeradores foram produzidos e instalados nos Estados Unidos, bem como exportados para diversos pases. A produo dessas mquinas foi desativada gradualmente nas dcadas de 1950 e 1960, medida que as redes de eletrificao passaram a dominar o atendimento rural. A gerao de eletricidade em grande escala, para alimentar de forma suplementar o sistema eltrico com o uso de turbinas elicas de grande porte, tecnologia que existe h diversas dcadas. Desde a fase experimental, ressaltam-se os primeiros aproveitamentos elio-eltricos realizados durante as dcadas de 1940 e 1950 nos Estados Unidos (Smith-Putnam) e Dinamarca (Gedser). Pode-se dizer que o precursor das atuais turbinas elicas surgiu na Alemanha (Htter, 1955), j com ps fabricadas em materiais compostos, controle de passo e torre tubular esbelta. Na dcada de 1970 e at meados da dcada de 1980, aps a primeira grande crise de preos do petrleo, diversos pases inclusive o Brasil

Figura 2.1 Evoluo mundial da capacidade elico-eltrica instalada, em GW [9, 10]

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Como exemplo, apenas na Alemanha densamente povoada foram adicionados 1.665 MW elio-eltricos no ano 2000, totalizando 6.094,8 MW instalados naquele pas at 31/12/2000 [10]. Em 2000, o incremento da capacidade elica tambm foi notvel na Espanha, ndia e China.

A velocidade angular do rotor inversamente proporcional ao dimetro D. Usualmente, a rotao otimizada no projeto, para minimizar a emisso de rudo aerodinmico pelas ps. Uma frmula prtica para a avaliao da rotao nominal de operao de uma turbina elica : rpm = 1150/D medida que a tecnologia propicia dimenses maiores para as turbinas, a rotao reduz-se: os dimetros de rotores no mercado atual variam entre 40m e 80m, o que resulta em rotaes da ordem de 30rpm a 15rpm, respectivamente. As baixas rotaes atuais tornam as ps visveis e evitveis por pssaros em vo. Quanto aos nveis de rudo, turbinas elicas satisfazem os requisitos ambientais mesmo quando instaladas a distncias da ordem de 300m de reas residenciais. Esses aspectos contribuem para que a tecnologia elio-eltrica apresente o mnimo impacto ambiental, entre as fontes de gerao na ordem de gigawatts.

2.3 PRINCPIOS E TECNOLOGIAUma turbina elica capta uma parte da energia cintica do vento que passa atravs da rea varrida pelo rotor e a transforma em energia eltrica. A potncia eltrica funo do cubo da velocidade de vento v:

Velocidade do vento na altura do rotor, em m/s Figura 2.4 Curva tpica de potncia de turbinas elicas

= densidade do ar em kg/m3 Ar = .D2/4, em que D o dimetro do rotor Cp = coeficiente aerodinmico de potncia do rotor = eficincia do conjunto gerador/transmisso A absoro de energia cintica reduz a velocidade do vento a jusante do disco do rotor; gradualmente, essa velocidade recupera-se ao misturar-se com as massas de ar predominantes do escoamento livre. Das foras de sustentao aerodinmica nas ps do rotor resulta uma esteira helicoidal de vrtices, a qual tambm gradualmente dissipa-se. Aps alguma distncia a jusante da turbina, o escoamento praticamente recupera as condies de velocidade originais e turbinas adicionais podem ser instaladas, minimizando as perdas de desempenho causadas pela interferncia da turbina anterior. Na prtica, essa distncia varia com a velocidade do vento, as condies de operao da turbina, a rugosidade de terreno e a condio de estabilidade trmica vertical da atmosfera. De modo geral, uma distncia considerada segura para a instalao de novas turbinas da ordem de 10 vezes o dimetro D, se instalada a jusante, e 5 vezes D, se instalada ao lado, em relao ao vento predominante (figura 2.2).

Turbinas elicas de grande porte tm controle inteiramente automtico, por meio de atuadores rpidos, software e microprocessadores alimentados por sensores duplos em todos os parmetros relevantes. Usualmente, utiliza-se telemetria de dados para monitoramento de operao e auxlio a diagnsticos/manuteno. As curvas de potncia fornecidas por fabricantes de turbinas, geralmente medidas por rgos credenciados e independentes, usualmente referem-se a velocidades de vento quase instantneas (mdias de 10 minutos) e densidade r = 1,225kg/m3 (ISA, 15oC ao nvel do mar). No caso das temperaturas de grande parte do territrio brasileiro, correes para a densidade do ar local so necessrias. O clculo da energia gerada anual ou mensal realizado pela multiplicao dos valores de potncia gerada pelo tempo de durao de ocorrncia associado a intervalos de velocidades de vento. A durao de ocorrncia de uma velocidade v aproximada por equaes estatsticas (usualmente Rayleigh ou Weibull). A distribuio mais geral de Weibull discutida no prximo captulo.

Figura 2.3 Usina elico-eltrica da Prainha, Cear

Uma usina elica um conjunto de turbinas elicas dispostas adequadamente em uma mesma rea (figuras 2.2 e 2.3). Essa proximidade geogrfica tem a vantagem econmica da diluio de custos: arrendamento de rea, fundaes, aluguel de guindastes e montagem, equipes de operao, manuteno e estoques de reposio. Usinas elicas com turbinas de projeto consolidado e equipes de manuteno adequadamente capacitadas apresentam fatores de disponibilidade tpicos da ordem de 0,98. A figura 2.4 mostra a forma tpica de curva de potncia de turbinas elicas, e a figura 2.5, diferentes fases de sua fabricao. Usualmente, a gerao eltrica inicia-se com velocidades de vento da ordem de 2,5 - 3,0m/s; abaixo desses valores, o contedo energtico do vento no justifica aproveitamento. Velocidades superiores a aproximadamente de 12,0m/s a 15,0m/s ativam o sistema automtico de limitao de potncia da mquina, que pode ser por controle de ngulo de passo das ps ou por estol aerodinmico, dependendo do modelo de turbina. Em ventos muito fortes (v > 25m/s no exemplo), atua o sistema automtico de proteo. Ventos muito fortes tm ocorrncia rara e negligencivel em termos de aproveitamento e a turbulncia associada indesejvel para a estrutura da mquina; nesse caso, a rotao das ps reduzida (passo ou estol) e o sistema eltrico do gerador desconectado da rede eltrica.

Figura 2.2 Esteira aerodinmica e afastamento entre turbinas elicas

Figura 2.5 Vista geral da fabricao das ps e montagem da nacele (cortesia Wobben-ENERCON E TECSIS)

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3.1 O SISTEMA MESOMAPO MesoMap um conjunto integrado de modelos de simulao atmosfrica, bases de dados meteorolgicos e geogrficos, redes de computadores e sistemas de armazenamento. Seu desenvolvimento deu-se nos ltimos trs anos, com suporte do NYSERDA - New York State Energy Research and Development Authority e DoE US Department of Energy. Alm de no projeto inicial de mapeamento elico do Estado de New York, o MesoMap tem sido ou est sendo utilizado em projetos similares nas Amricas do Norte e Central, Europa e sia, e foi utilizado para o Brasil neste ATLAS. O MesoMap tem sido aferido por medies anemomtricas de alta qualidade em uma grande variedade de regimes de vento. O MesoMap oferece diversas vantagens sobre mtodos tradicionais de mapeamento de recursos elicos. Primeiro, ele obtm representatividade para grandes reas continentais sem a necessidade de dados anemomtricos de superfcie efetivamente medidos caracterstica importante para regies como o Norte e o Centro-Oeste brasileiro, onde medies consistentes e confiveis so poucas. Segundo, o MesoMap modela importantes fenmenos meteorolgicos no considerados em modelos mais simplificados de escoamento de ventos (por exemplo, WAsP Jackson-Hunt, ou WindMap NOABL). Esses fenmenos incluem ondas orogrficas, ventos convectivos, brisas marinhas e lacustres e ventos trmicos descendentes de montanhas. Finalmente, o MesoMap simula diretamente os regimes de vento de longo prazo, diminuindo a incerteza intrnseca de ajustes climatolgicos baseados em correlaes de registros de vento de curto e longo prazos obtidos por medies em superfcie. 3.1.1 MODELOS O ncleo do Sistema MesoMap o MASS (Mesoscale Atmospheric Simulation System), um modelo numrico de previso de tempo, estado-da-arte no setor, desenvolvido desde o incio dos anos 1980 pela empresa MESO Inc., que integra a joint-venture TrueWind Solutions e LLC. O MASS similar a outros modelos de previso de tempo, como ETA e Mm5. Ele incorpora os princpios fsicos fundamentais de movimentao atmosfrica, que incluem: conservao de massa, momentum e energia; mudanas de fase do vapor dgua; mdulo de energia cintica com turbulncia, que simula os efeitos viscosos e de estabilidade trmica sobre o gradiente vertical de vento.

Como um modelo dinmico, o MASS simula a evoluo das condies atmosfricas em intervalos de tempo necessariamente de poucos segundos. Disso resultam grandes demandas computacionais, que requerem o uso de supercomputadores ou redes de poderosas estaes de trabalho com mltiplos processadores em paralelo. Adicionalmente, o MASS tambm est acoplado a dois mdulos de clculo mais rpido: ForeWind, um modelo dinmico de camada-limite viscosa desenvolvido pela TrueWind Solutions, e WindMap (verso especial adaptada para esta finalidade), um modelo tridimensional de consistncia de massa com interface para dados geogrficos de geoprocessamento (SIG) de alta resoluo, desenvolvido pela Brower&Co, tambm integrante da jointventure TrueWind Solutions. Para reas e casos especficos, um desses dois mdulos escolhido para aumentar a resoluo espacial das simulaes do MASS. 3.1.2 DADOS DE ENTRADA Diversos dados geogrficos e meteorolgicos so utilizados como entrada para o Sistema MesoMap. Os principais dados geogrficos de entrada so topografia, uso do solo e ndice de vegetao por diferena normalizada (IVDN). O modelo de relevo utilizado pelo MesoMap neste ATLAS foi desenvolvido pela US Geological Survey (USGS), na forma de malha digital de cotas, a partir de diversas fontes de dados, com resoluo horizontal de 1km. O modelo USGS foi aferido e eventualmente corrigido em algumas reas dos Estados do Cear e de Santa Catarina, onde existiam modelos digitais em maior resoluo desenvolvidos pela Camargo Schubert a partir das curvas de nvel de cartas 1:50.000 ou 1:100.000 digitalizadas (SUDENE ou IBGE). A figura 3.2(p.17) apresenta o modelo de relevo do Brasil adotado no ATLAS. Para efeito de visualizao e sntese, s imagens est sobreposto o relevo sombreado com iluminao a partir da direo predominante geral sobre o Brasil Leste-Nordeste. Dessa forma so ressaltadas as encostas expostas e sombreados os declives mais pronunciados a jusante. Os dados de uso do solo utilizados no presente ATLAS foram produzidos em um projeto de cooperao entre a US Geological Survey, a Universidade de Nebraska e o Joint Research Centre (JRC) da Comisso Europia. Assim como os mapas de IVDN, seu desenvolvimento teve como base a interpretao de dados do AVHRR - Advanced Very High Resolution Radiometer (Radimetro Avanado de Resoluo Muito Alta). Tanto os dados de uso do solo quanto os de IVDN so convertidos pelo MesoMap em parmetros biofsicos tais como: modelos de rugosidade, albedo, emissividade, e outros. A resoluo horizontal nominal desses conjuntos de dados tambm de 1km. O modelo de rugosidade do territrio brasileiro adotado no ATLAS apresentado na figura 3.4(p.19). Para comparao, um mosaico

de imagens SPOT apresentado na figura 3.3(p.18). Como foram utilizados modelos com resoluo horizontal de 1km para os dados geogrficos de entrada na simulao para o presente ATLAS, os resultados de sada do Sistema MesoMap foram mapas de parmetros estatsticos de vento com maior interesse final nas velocidades mdias na resoluo horizontal de 1km. Resolues maiores so plenamente possveis para estudos posteriores, desde que os dados geogrficos correspondentes estejam disponveis. Os principais dados de entrada meteorolgicos foram os provenientes de reanlises, radiossondagens e temperaturas sobre a terra e os oceanos. Entre estes, tm maior importncia as reanlises, que so constitudas de um banco de dados em malha geogrfica global. Nos modelamentos deste ATLAS foi utilizado o banco de dados de reanlises produzido pelo US National Center for Atmospheric Research (NCAR). Esses dados contm seqncias de parmetros meteorolgicos dos principais nveis de toda a atmosfera terrestre, em intervalos de 6 horas. Em conjunto com dados existentes de radiossondas e temperaturas da superfcie terrestre, os dados de reanlises estabelecem as condies de contorno iniciais, bem como as condies de contorno laterais atualizadas para a progresso das simulaes do MesoMap. Entretanto, o modelo determina por si a evoluo das condies meteorolgicas dentro da regio em estudo, com base nas interaes entre os distintos elementos da atmosfera e entre a atmosfera e a superfcie terrestre. Como os dados de reanlises so estabelecidos em uma malha com resoluo horizontal relativamente baixa, de 200km, o Sistema MesoMap precisa ser rodado de forma sucessiva em reas que so subdivididas em mosaicos de resoluo gradualmente maior, em que cada malha utiliza como dados de entrada os parmetros da respectiva regio anterior, at que a resoluo desejada seja atingida. A malha inicial pode abranger milhares de quilmetros. 3.1.3 O PROCESSO DE MAPEAMENTO Os mapas de potencial elico foram calculados a partir de simulaes produzidas pelo MesoMap para 360 dias, extrados de um perodo de 15 anos. Os dias foram escolhidos por meio de amostragem estratificada aleatria, de forma a considerar cada ms e estao do ano de forma representativa. De cada simulao foram geradas as variveis de vento e meteorolgicas (temperatura, presso, umidade relativa, energia cintica turbulenta, fluxo de calor, e outras) ao longo dos ns de malha do modelo. Essas variveis foram armazenadas em arquivos de dados horrios. Ao trmino do processo para a rea total do Brasil, os milhares de arquivos de dados foram processados e sin-

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Figura 3.1 Regies utilizadas no clculo de mesoescala

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Na resoluo de 1km x 1km Derivado do modelo GTOPO 30 - USGS [Ref.13]

Figura 3.2 Modelo de relevo

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Figura 3.3 Mosaico de imagens de satlite (SPOT Image), sobreposto ao relevo sombreado

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Na resoluo de 1km x 1km Derivado principalmente do Modelo Global de Uso do Solo - USGS [Ref.13]

Figura 3.4 Modelo de rugosidade, sobreposto ao relevo sombreado

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tetizados em formatos apropriadamente escolhidos, tais como mapas temticos por cdigos de cores que apresentam velocidades mdias, mapas de rosa dos ventos, arquivos e grficos contendo os parmetros das distribuies estatsticas associadas s velocidades de vento. Numa etapa inicial, esse modelamento de mesoescala no MASS foi realizado para todo o territrio brasileiro na resoluo de 15km. A partir da identificao das reas de maior interesse quanto ao potencial elico, sub-regies foram modeladas novamente, com a resoluo horizontal de 3,6km, para assegurar maior exatido nos resultados, visto que essa resoluo permite maior representatividade na simulao de mecanismos tais como brisas marinhas, descolamento de escoamento em relevos complexos, entre outros.Testes realizados com resolues inferiores a 3,6km no indicaram ganhos substanciais nos resultados, com a contrapartida de tempos de processamento computacional aumentados exponencialmente com a quantidade de elementos nos modelos de entrada. A figura 3.1 apresenta as regies simuladas em resoluo de 15km e 3,6km. A transposio das simulaes MASS na resoluo de 3,6km para a resoluo final de 1km foi realizada pelo WindMap.

das velocidades mdias horrias de vento e expressa como: (2) A densidade do ar, , determinada pela temperatura do ar e a presso atmosfrica, ambas fornecidas pelo Sistema MesoMap. Alm dos mapas temticos, o Sistema MesoMap produz grande variedade de arquivos de dados numricos, que detalham todos os principais parmetros estatsticos relativos ao vento em cada elemento da malha geogrfica. Um deles a rosa dos ventos com as respectivas distribuies estatsticas de freqncias de velocidades por setores nas direes geogrficas. Essas distribuies estatsticas podem ser combinadas para fornecer a distribuio total das freqncias de cada local. A distribuio estatstica utilizada a de Weibull, que a mais usual e apresenta melhor aderncia aos casos mais variados de regimes de vento dada por: (3) em que k o fator de forma, sendo que valores maiores de k indicam maior constncia dos ventos, com menor ocorrncia de valores extremos (figura 3.5). Valores de k anuais variam tipicamente entre 2 e 3. Excepcionalmente, durante alguns meses do ano em regies de ventos alsios, como no Nordeste brasileiro, o fator de forma pode atingir valores mensais superiores a 6 sendo que existem registros at de k = 10,78 [12]. O fator de escala C tem relao com a velocidade mdia: (4) em que a funo Gama. Uma aproximao til para C quando os valores de k esto entre 2 e 3 dada por: (5) Os parmetros k e C so calculados por ajuste com as curvas de distribuio geradas pelo modelo MesoMap. Alm das velocidades mdias de vento, o ATLAS apresenta mapas com o fator de forma k dos regimes anuais de vento no Brasil. Da equao (4), o fator de escala C pode ser calculado por: (6) Apesar de a aderncia do ajuste por Weibull ser adequada para a grande maioria dos regimes estatsticos de vento, importante ter-se em mente que podem ocorrer

Figura 3.5 Freqncia de ocorrncia de vento baseada na Distribuio de Weibull, para diferentes valores de k

discrepncias significativas com dados reais. Entretanto, a distribuio de Weibull tem-se provado como um mtodo conveniente de caracterizao de recursos elicos. Com os dois fatores k e C e com a densidade mdia do ar, geralmente possvel estimar a produo anual de uma turbina elica com boa exatido.

3.3 LIMITAES DO MTODOApesar de ser reconhecidamente um dos mtodos melhores e mais avanados para mapeamento de recursos elicos, o Sistema MesoMap ainda tem limitaes que podem afetar a exatido das estimativas de potencial elico. Entre essas principais limitaes podem-se citar: erros na base de dados de entrada, efeitos de sub-resoluo, e limitaes do modelo. 3.3.1 ERROS NA BASE DE DADOS DE ENTRADA Tanto as bases de dados geogrficos quanto de meteorolgicos utilizados podem eventualmente conter erros que afetam as estimativas do MesoMap. Eventuais erros na base topogrfica tendem a apresentar impactos apenas de carter localizado. A margem nominal de incerteza nas malhas de cotas utilizadas de 30m na maior parte do modelo. No entanto, nas reas cobertas pelo Digital Chart of the World, essa margem de erro pode atingir at 160m. Erros eventuais nos modelos de uso do solo e IVDN teriam impactos mais considerveis. A exatido horizontal de posicionamento nesses modelos, apesar da resoluo nominal de 1km, pode eventualmente ser superior a esse valor, dependendo do ngulo em que as medies do satlite foram realizadas. Como avaliao conservativa, pode-se considerar que a margem de incerteza da ordem de 2-3km. Adicionalmente, erros podem ocorrer na classificao de uso do solo em razo das dificuldades inerentes interpretao da radiometria por satlite. Um exerccio independente de validao foi conduzido sobre os dados da base de uso do solo,por pesquisadores da Universidade da Califrnia, em Santa Brbara. O estudo verificou que, em casos nos quais uma equipe de

3.2 RESULTADOS DO MESOMAPEntre os principais resultados, destacam-se os mapas temticos por cdigos de cores, que permitem visualizao rpida do conjunto de dados sobre o territrio em estudo. O mapa de maior interesse indica, para a altura escolhida de 50m, as velocidades mdias anuais e o fluxo de energia elica. No contexto do Sistema MesoMap, tambm podem ser elaborados mapas de gerao eltrica anual para qualquer tipo especfico de turbina elica existente no mercado. O MesoMap tambm fornece, em forma tabular, todos os principais detalhes estatsticos do potencial elico, tais como os regimes sazonais diurnos e diversos parmetros de interesse usual no setor. A velocidade mdia o indicador mais simples da qualidade do potencial elico e o mais usual em estimativas de gerao elio-eltrica a partir de dados de desempenho de turbinas elicas disponveis. Ela resultante da mdia das velocidades horrias de vento geradas no MesoMap, a 50m de altura, para todos os dias de simulao: (1) em que N o nmero total de horas simuladas e Vi, a velocidade horria. Um outro indicador, mais usual em estudos de potencial energtico, a densidade de potncia elica: representa a potncia cintica mdia do vento que flui atravs de uma unidade de rea sempre perpendicular sua direo, ao longo do ano. Ela funo da densidade do ar e do cubo

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trs pesquisadores estava em acordo unnime acerca de determinado tipo de uso do solo, a base de dados resultante estava correta em 79% dos casos. Entretanto, erros eventuais de classificao entre tipos similares de classes de vegetao tero impacto mnimo nas propriedades de superfcies importantes para o modelo (rugosidade, albedo, etc.). Se as classes de uso do solo so agrupadas por classes de rugosidade, por exemplo, a exatido observada aumentou para 88% [13]. Entretanto, a freqncia estimada para associaes incorretas de classes de rugosidade (12%) substancial. Erros podem tambm ocorrer nos dados meteorolgicos. Entretanto, o Sistema MesoMap relativamente insensvel a tais erros por duas razes. Primeiro, os dados de reanlises so utilizados apenas para se estabelecerem as condies iniciais e para se atualizarem as condies laterais de contorno, enquanto o modelo determina a coerncia da evoluo dos parmetros meteorolgicos dentro de cada mesorregio. Segundo, as equaes fsicas no modelo foram a reconciliao entre as variveis fsicas, tendendo a suprimir erros de medio isolados ou sistemticos. Por exemplo, se uma estao radiossonda registra com erro sistemtico as direes e velocidades de vento mas a temperatura registrada corretamente, os dados de vento sero prontamente suprimidos do modelo MesoMap devido sua inconsistncia com a temperatura e os gradientes de presso. Da mesma forma, determinadas influncias topogrficas tais como serras altas ou grandes ilhas tendem a estar ausentes do banco de dados de reanlises, devido baixa resoluo de sua malha de dados. Tais influncias so introduzidas na resoluo de clculo do MesoMap, o que reconcilia as condies iniciais com a topografia muito mais detalhada. 3.3.2 EFEITOS DE SUBESCALA Como qualquer modelo fsico que utiliza tcnicas de elementos finitos, o Sistema MesoMap vulnervel a erros causados por terreno ou outras caractersticas geogrficas que no podem ser totalmente resolvidas na resoluo da malha do modelo. Como exemplo, considere-se o caso da figura 3.6, na qual a forma detalhada da montanha no aparece no modelo de resoluo 1km. A velocidade do vento no topo da montanha ser diferente da velocidade em sua base, podendo serem distintas da velocidade estimada pelo modelo na resoluo 1km. De forma similar, podem existir variaes significativas de uso do solo (rugosidade ou obstculos) dentro de uma clula da malha do modelo, causando variaes na velocidade de vento medida. Esses efeitos locais, no captados pela resoluo do modelo, podem afetar as velocidades estimadas para 50m com uma significativa porcentagem em relao ao real.

go da faixa litornea, enquanto, no modelo, o gradiente de temperatura limitado escala de sua resoluo. Essa limitao significa que existe uma tendncia a que as velocidades prximas costa sejam subestimadas. Para minimizar esse efeito, o modelo de mesoescala para a principal extenso da costa brasileira foi rodado na resoluo de 3,6km (figura 3.1). Essa escolha foi validada por simulaes realizadas com resolues progressivamente maiores, as quais indicaram que os erros induzidos pela resoluo de 3,6 km (no modelo de mesoescala) j eram suficientemente pequenos. 3.3.3 LIMITAES DO MODELO Fora os inevitveis efeitos de subescala, existem limitaes na formulao das equaes do modelo que podem introduzir erros nas estimativas de velocidades de vento, sob certas condies. Uma das principais fontes de erros eventuais a hiptese de taxa fixa numrica lateral de difuso de temperatura ao longo da declividade de terreno, que pode resultar em um gradiente incorreto de temperatura entre vales e topos de montanhas. Em particular, sob condies termicamente estveis em terreno ngreme, vales podem tornar-se demasiado quentes e os topos de montanhas, demasiado frios, o que resulta em um vento descendente de montanha superestimado. No entanto, deve-se enfatizar que tais eventos so relativamente raros e testes tm indicado que teriam pequeno impacto na exatido das estimativas de velocidades mdias de vento.

Figura 3.6 Exemplo de detalhes na subescala: Rio de Contas, BA

Apesar de esses efeitos no poderem ser avaliados diretamente sem um modelamento em resoluo muito mais fina, a faixa de velocidades possveis de ocorrerem dentro de uma clula do modelo devida a tais efeitos de variaes de rugosidade e/ou topografia na subescala pode ser aproximada por estimativa. O relevo (a diferena entre as cotas mxima e mnima dentro de uma dada clula) no fortemente dependente da escala da malha e, portanto, essa faixa de variaes do relevo na subescala pode ser estimada a partir dos dados em resoluo 1km. s cotas podem ento ser associadas faixas de velocidades de vento (estimativa aproximada). O efeito potencial de variaes de rugosidade pode ser calculado pelas equaes conhecidas da fsica de camada-limite. Alguns processos atmosfricos, tais como conveco e turbulncia, tambm no podem ser totalmente resolvidos na escala de malha do modelo. Tais processos precisam ser parametrizados, ou seja, seus efeitos devem ser estimados com o uso de conhecidas equaes que utilizam parmetros disponveis na escala do modelo. Como nenhum esquema de parametrizao perfeito, erros na estimativa de velocidade de vento podem eventualmente ocorrer, especialmente onde os processos na subescala da malha sejam significativos. Um exemplo o processo convectivo localizado que ocorre nos trpicos. Felizmente, esses efeitos tendem a ocorrer aleatoriamente na natureza e a sua mdia tender a zero nas centenas de simulaes realizadas no modelo. Brisas marinhas tambm no podem ser totalmente resolvidas, pois a sua existncia depende do desenvolvimento de gradientes trmicos fortes, localizados ao lon-

3.4 VALIDAO DO MESOMAPA exatido do Sistema MesoMap tem sido testada extensivamente pela comparao com medies confiveis de vento, em distintos locais do mundo. No caso do presente mapeamento elico brasileiro, dentre todas as estaes anemomtricas com dados disponibilizados para o presente ATLAS, foram selecionadas apenas aquelas que satisfaziam condies mnimas de qualidade: medies com abrangncia mnima de 01 ciclo climatolgico (em alguns casos obtida por ajustes climatolgicos), informaes sobre relevo e rugosidade no seu entorno e ausncia de obstculos prximos em relao aos ventos predominantes. Todos os dados anemomtricos foram extrapolados para a altura de 50m, a partir de medies em diferentes alturas, ou por informaes de rugosidade local nos casos de medies em altura nica, e comparados aos resultados do mapa de velocidades mdias anuais, para cada local. Essa comparao apresentada na tabela 3.1(p.22), em que se observa que, dentre todas as estaes aferidas com o mapa calculado, o desvio-padro das diferenas clculo-medio foi de 7,5%. Vale observar que algumas das medies, especialmente aquelas obtidas em baixa altura e extrapoladas para 50m, podem conter incertezas superiores a 10%.

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Tabela 3.1 Comparao: clculos x medies

subescala) ou em locais nos quais o modelo de relevo apresentava as maiores diferenas em relao aos valores reais de altitude. Tomando-se esses poucos casos, com diferenas entre clculo e medio prximas ou superiores a 10%, e aplicando-se uma correo de velocidades pela altitude, obtida por regresso linear entre os dados (figura 3.7), obtm-se os resultados da tabela 3.2. A grande coerncia na reduo dos desvios em velocidade obtidos na tabela 3.2 um indcio muito forte de que as maiores diferenas entre velocidades (calculada - medida) deve-se a discrepncias no modelo de relevo ou principalmente a efeitos de subescala. A magnitude dos desvios entre os valores de velocidades mdias anuais no clculo e aquelas medidas nas me-

lhores estaes anemomtricas disponveis indica que o presente ATLAS pode ser utilizado para a identificao das melhores reas para projetos de aproveitamentos elio-eltricos. Entretanto, como a energia elica extremamente sensvel a condies de microescala, da ordem de dezenas a centenas de metros, alerta-se que a resoluo de 1km x 1km pode ser insuficiente para a localizao exata das turbinas elicas. A anlise anterior tambm revela a possibilidade de ocorrncia, eventual e localizada, de discrepncias nos modelos de relevo e rugosidade utilizados. Assim, no caso mais geral, recomenda-se que a implantao de projetos elio-eltricos seja precedida das aes necessrias e compatveis com os critrios tcnicos e econmicos de investimentos no setor.

Tabela 3.2 Ajuste para altitude por regresso linear

A transposio das simulaes MASS na resoluo de 3,6km para a resoluo final de 1km foi realizada pelo WindMap, que utilizou os dados medidos extrapolados para a altura de 50m para a convergncia do modelamento de camada-limite com conservao de massa. Para algumas estaes, especialmente da COELBA, COPEL e CELESC, modelos digitais de terreno estavam disponveis em resoluo maior e ajustes adicionais foram efetuados para correo do modelo de rugosidade utilizado no entorno daquelas estaes. As estaes que apresentaram maior discrepncia entre os valores calculados e aqueles medidos localizamse em sua maioria em relevo complexo (efeitos de

Figura 3.7 Regresso linear para ajuste de velocidade (correo de discrepncias em altitude)

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da Argentina centro de baixas presses a leste dos Andes. Esse perfil geral de circulao atmosfrica encontra variaes significativas na mesoescala e na microescala, por diferenas em propriedades de superfcies, tais como geometria e altitude de terreno, vegetao (a figura 4.2 (p.24) apresenta o modelo de vegetao do Brasil) e distribuio de superfcies de terra e gua. Esses fatores atuantes nas escalas menores podem resultar em condies de vento locais que se afastam significativamente do perfil geral da larga escala da circulao atmosfrica. Uma sntese dessas caractersticas em menores escalas sobre a distribuio dos regimes de vento apresentada a seguir, organizada em 7 regies geogrficas: (1) Bacia Amaznica Ocidental e Central; (2) Bacia Amaznica Oriental; (3) Zona Litornea Norte-Nordeste; (4) Zona Litornea Nordeste-Sudeste; (5) Elevaes Nordeste-Sudeste; (6) Planalto Central; (7) Planaltos do Sul. A Bacia Amaznica Ocidental e Central estende-se aproximadamente entre as latitudes 10o S e 5o N, e longitudes 70o W e 55o W As velocidades mdias anuais de ven. to a 50m de altura atravs dessa regio so inferiores a 3,5m/s. O escoamento atmosfrico predominante de leste (alsios) sobre essa regio bastante reduzido pelo atrito de superfcie associado longa trajetria sobre florestas densas e pelos gradientes fracos de presso associados zona difusa de baixas presses centrada nessa regio da Bacia Amaznica. Apesar de no refletida nos ventos de superfcie, existe uma faixa estreita de ventos mdios anuais de 8m/s a 10m/s na camada entre 1.000m e 2.000m acima da superfcie; essa faixa inicia-se no Atlntico, a leste da foz do Rio Amazonas, e estende-se para oeste sobre a poro norte da Bacia Amaznica e gradualmente se enfraquece medida que o escoamento aproxima-se das cadeias montanhosas da parte oeste do continente. Essa faixa de altas velocidades tem pouco significado para os ventos de superfcie na Bacia Amaznica, porm torna-se uma fonte de energia elica para as reas mais elevadas que ocorrem no extremo norte da Bacia Amaznica: ela que muito provavelmente constitui o principal fator para a existncia de uma rea isolada de altas velocidades mdias anuais de vento na regio da Serra Pacaraima, em Roraima, ao longo da fronteira Brasil-Venezuela. Naquela rea, esse escoamento de altitude alcana os nveis da superfcie dos terrenos mais elevados, grande parte dos quais cobertos pela baixa rugosidade de savanas, onde em alguns locais tambm ocorrem canalizaes orogrficas. Entretanto, excetuando-se essa rea isolada e nica na regio, os ventos nessa grande rea da Bacia Amaznica so bastante fracos. As noites so geralmente de calmarias, ocorrendo ventos descendentes de montanhas, fracos e ocasionais, nas reas a leste e a sul dessa grande regio. Durante o dia, podem ocorrer ventos localizados mais for-

4.1 REGIMES DE VENTO SOBRE O BRASILA distribuio geral dos ventos sobre o Brasil controlada pelos aspectos da circulao geral planetria da atmosfera prxima, conforme se apresenta na figura 4.1. Dentre esses aspectos, sobressaem os sistemas de alta presso Anticiclone Subtropical do Atlntico Sul e do Atlntico Norte e a faixa de baixas presses da Depresso Equatorial.

tes, causados pelo aquecimento desigual da superfcie, induzidos por pequenas diferenas em vegetao, disponibilidade hdrica do solo ou cobertura de nuvens. No entanto, pequena a magnitude das velocidades de vento geradas por esse processo, devido baixa amplitude das variaes de temperatura e alta rugosidade/atrito de superfcie. A Bacia Amaznica Oriental abrange a rea continental a partir da longitude 55 W (Santarm, PA) at aproximadamente 100km da costa que se estende entre o Amap e o Maranho. A Depresso Equatorial permanece geralmente prxima a essa regio, a qual dominada por ventos alsios de leste a nordeste, em sua poro norte, e leste a sudeste, em sua poro sul. O vento mdio anual geralmente inferior a 3,5m/s devido proximidade dos gradientes fracos de presso associados Depresso Equatorial e ao elevado atrito de superfcie causado pela rugosidade da vegetao densa. Existe um generalizado, porm pequeno, aumento nas velocidades de vento de oeste para leste ao longo dessa regio. Isso acontece porque o escoamento predominante de leste percorre trajetrias gradualmente menores sobre as reas de vegetao densa e o gradiente de presso aumenta gradualmente para o leste, devido aos contrastes trmicos mais acentuados entre continente e mar. As mximas velocidades mdias anuais de vento nessa regio so encontradas nas pores nordeste e sudeste, onde existem elevaes de terreno que aceleram os ventos pelo efeito de compresso vertical do escoamento atmosfrico, e especialmente na poro nordeste, onde algumas elevaes alcanam as velocidades de vento de camadas mais altas da atmosfera atuantes nessa rea. A Zona Litornea Norte-Nordeste definida como a faixa costeira com cerca de 100km de largura, que se estende entre o extremo norte da costa do Amap e o Cabo de So Roque, no Rio Grande do Norte. Nessa regio, os ventos so controlados primariamente pelos alsios de leste e brisas terrestres e marinhas. Essa combinao das brisas diurnas com os alsios de leste resulta em ventos mdios anuais entre 5m/s e 7,5m/s na parte norte dessa regio (litorais do Amap e Par) e entre 6m/s a 9m/s em sua parte sul, que abrange os litorais do Maranho, Piau, Cear e Rio Grande do Norte. As velocidades so maiores na parte sul devido a dois principais fatores: (1) os ventos alsios geralmente tornam-se mais fortes medida que se afastam da Depresso Equatorial; (2) as brisas marinhas so significativamente acentuadas ao sul dessa regio em razo dos menores ndices de vegetao e de umidade do solo, fazendo que a superfcie do solo atinja temperaturas mais elevadas durante as horas de sol e, conseqentemente, acentuando o contraste de temperaturas terra-mar e as brisas marinhas resultantes. As maiores velocidades mdias anuais de vento ao longo

Figura 4.1 Distribuio geral dos ventos

A posio mdia da Depresso Equatorial estende-se de oeste a leste ao longo da regio Norte do Brasil e sobre o Oceano Atlntico adjacente. Ela coincide com a localizao e orientao da Bacia Amaznica, no centro da qual existe uma faixa persistente de baixas presses. A Depresso Equatorial geralmente uma zona de pequenos gradientes de presso e ventos fracos. Ao norte da Depresso Equatorial os ventos so persistentes de leste a nordeste. Ao sul, os ventos so persistentes de leste a sudeste entre a Depresso Equatorial e o Anticiclone Subtropical Atlntico, o qual tem uma posio mdia anual prxima a 30oS, 25oW. Esse perfil geral de circulao atmosfrica induz ventos de leste ou nordeste sobre o territrio brasileiro ao norte da Bacia Amaznica e no litoral nordeste. Os ventos prximos superfcie so geralmente fracos ao longo da Depresso Equatorial, porm aumentam de intensidade ao norte e ao sul dessa faixa. A rea entre a Depresso Equatorial e a latitude de 10oS dominada pelos ventos alsios de leste a sudeste. Ao sul da latitude 10oS, at o extremo sul brasileiro, prevalecem os efeitos ditados pela dinmica entre o centro de alta presso Anticiclone Subtropical Atlntico, os deslocamentos de massas polares e a Depresso do Nordeste

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dessa regio esto ao norte do Cabo de So Roque, abrangendo os litorais do Rio Grande do Norte e Cear, onde a circulao de brisas marinhas especialmente intensa e alinhada com os ventos alsios de leste-sudeste. Adicionalmente, ocorrem reas em que os ventos so acentuados por bloqueios ao escoamento causados por montanhas na parte continental. Entretanto, o vento mdio anual decresce rapidamente medida que se desloca da costa para o interior, devido ao aumento de atrito e rugosidade de superfcie e ao enfraquecimento da contribuio das brisas marinhas. A Zona Litornea Nordeste-Sudeste definida como a faixa de aproximadamente 100km de largura que se estende entre o Cabo de So Roque (RN) at aproximadamente o Estado do Rio de Janeiro. As velocidades mdias anuais decrescem de 8-9 m/s na poro norte (Rio Grande do Norte) at 3,5m/s a 6m/s sobre a maioria da costa que se estende at o Sudeste. A exceo mais significativa desse comportamento est na costa entre as latitudes 21o S e 23o S (sul do Esprito Santo e nordeste do Rio de Janeiro), onde as velocidades so prximas de 7,5m/s. Isso resultante do efeito de bloqueio do escoamento leste-nordeste (causado pelo Anticiclone Subtropical Atlntico) pelas montanhas imediatamente a oeste da costa. Nesse caso, criada uma espcie de acelerao por obstculo, pois o ar acelera-se para o sul para aliviar o acmulo de massa causado pelo bloqueio das formaes montanhosas. Ao sul dessa regio, a costa do Estado do Rio de Janeiro desvia-se para oeste, onde os ventos passam a ser consideravelmente mais fracos devido ao abrigo das montanhas a norte e a nordeste. Disso resultam velocidades relativamente menores na regio que engloba a cidade do Rio de Janeiro. As Elevaes Nordeste-Sudeste so definidas como as reas de serras e chapadas que se estendem ao longo da costa brasileira, desde o Rio Grande do Norte at o Rio de Janeiro, a distncias de at 1.000km da costa. Velocidades mdias anuais de 6,5m/s at 8m/s devem ser encontradas nos cumes das maiores elevaes da Chapada Diamantina e da Serra do Espinhao. Essas reas de maiores velocidades ocorrem em forma localizada, primariamente devido ao efeito de compresso vertical do escoamento predominante em larga escala, que lestenordeste, quando ultrapassa a barreira elevada das serras. Os ventos anuais mais intensos so geralmente encontrados nas maiores elevaes, onde o efeito de compresso mais acentuado. No entanto, o escoamento atmosfrico bastante complexo nessa regio, existindo outras caractersticas locais com influncia adicional, resultantes de uma combinao de fatores relacionados topografia e ao terreno. O Planalto Central est ao sul da Bacia Amaznica e estende-se desde a margem esquerda da Bacia do Rio

So Francisco at as fronteiras com Bolvia e Paraguai. Essa regio dominada pelo escoamento leste-sudeste em torno do Anticiclone Subtropical Atlntico. A velocidade mdia anual na regio situa-se geralmente entre 4m/s e 6m/s. A intensidade do escoamento de leste predominante em larga escala aumenta para o sul, onde o gradiente de presso mais acentuado e a superfcie tem menor rugosidade, pela vegetao menos densa. Assim, as velocidades mdias anuais de vento variam de 3m/s a 4m/s ao norte dessa regio (no limite sul da Bacia Amaznica) para 5m/s a 6m/s sobre a poro sul do extenso planalto. Destacam-se nessa rea algumas regies mais elevadas a oeste, na fronteira com o Paraguai (no Mato Grosso do Sul), onde as velocidades mdias anuais aproximamse de 7m/s, resultantes principalmente do efeito de compresso vertical do escoamento ao transpor as elevaes. Na regio mais ao sul do Brasil esto os Planaltos do Sul, que se estendem aproximadamente de 24S (So Paulo) at os limites ao sul do Rio Grande do Sul. O escoamento atmosfrico geral nessa rea controlado pela Depresso do Nordeste da Argentina, uma rea

quase permanente de baixas presses, geralmente estacionria ao leste dos Andes sobre plancies secas e o Anticiclone Subtropical Atlntico. A posio mdia da Depresso do Nordeste da Argentina aproximadamente 29S, 66W sendo criada pelo bloqueio da circulao at, mosfrica geral pelos Andes e por intenso aquecimento da superfcie na regio. O gradiente de presso entre a Depresso do Nordeste da Argentina e o Anticiclone Subtropical Atlntico induz um escoamento persistente de nordeste ao longo dessa rea. Desse escoamento resultam velocidades mdias anuais de 5,5m/s a 6,5m/s sobre grandes reas da regio. Entretanto, esse escoamento significativamente influenciado pelo relevo e pela rugosidade do terreno. Os ventos mais intensos esto entre 7m/s e 8m/s e ocorrem nas maiores elevaes montanhosas do continente, bem como em planaltos de baixa rugosidade, como os Campos de Palmas. Outra rea com velocidades superiores a 7m/s encontra-se ao longo do litoral sul, onde os ventos predominantes leste-nordeste so acentuados pela persistente ao diurna das brisas marinhas.

Figura 4.2 Mosaico de imagens de satlite (SPOT Image), sobreposto ao modelo de relevo

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VELOCIDADES MDIAS ANUAIS E FLUXOSDE POTNCIA ELICA

DIREES PREDOMINANTES REGIMES DIURNOS MDIA ANUALK

FATOR DE FORMA DE WEIBULL

MDIA ANUAL

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VELOCIDADES MDIAS TRIMESTRAIS RAZO ENTRE A VELOCIDADE MDIATRIMESTRAL E A ANUAL

DIREES PREDOMINANTES K FATOR DE FORMA DE WEIBULL MDIAS SAZONAIS

NORTE NORDESTE CENTRO -OESTE SUDESTE SUL

5.1 POTENCIAL ELIO-ELTRICO ESTIMADOO ATLAS apresenta as condies mdias anuais de vento para todo o territrio brasileiro na resoluo de 1km x 1km. Por meio da integrao dos mapas digitais, utilizando-se recursos de geoprocessamento e clculos de desempenho e produo de energia eltrica a partir de curvas de potncia de turbinas elicas existentes no mercado, chegou-se aos valores listados na tabela 5.1. Esse processo indicativo foi realizado considerandose as seguintes premissas: Foram integradas todas as reas que apresentaram velocidades mdias anuais iguais ou superiores a 6 m/s. Foram consideradas curvas mdias de desempenho de turbinas elicas no estado-da-arte mundial, instaladas em torres de 50m de altura. Para essa estimativa, foi utilizada uma densidade mdia de ocupao de terreno de apenas 2 MW/ km2. Esse valor considerado conservativo, uma vez que representa cerca de 20% do realizvel por usinas elicas em terrenos planos. Foram adotados intervalos com incrementos de 0,5 m/s para as velocidades mdias anuais de vento. O desempenho de turbinas elicas foi calculado para os limites inferiores de cada intervalo. Foi adotado um fator de disponibilidade de 0,98, considerado tpico para usinas elicas comerciais. Foram descartadas da integrao as reas cobertas por gua (lagos e lagoas, audes, rios e mar). Os resultados da integrao, por faixas de velocidade, so apresentados na tabela 5.1 e na figura 5.1(p.44), por regies. A partir desses resultados, estimou-se um potencial disponvel (segundo as premissas anteriores) da ordem de 143 GW conforme se mostra na coluna Integrao Cumu, lativa da tabela 5.1.

Tabela 5.1 Potencial elico-eltrico estimado do Brasil, calculado por integrao de reas nos mapas temticos, a partir das premissas apresentadas ao lado

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Figura 5.1 Potencial elico estimado para vento mdio anual igual ou superior a 7,0 m/s

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REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS[1] DADOS DE Vento de Superfcie nos Principais Aeroportos do Brasil. IAE/CTA, s.d. [2] ENERGIA Elica: Inventrio / Tecnologia. v. II e V. Fontes Energticas Brasileiras, CHESF, 1987. [3] ATLAS DO Levantamento Preliminar do Potencial Elico Nacional. ELETROBRSCONSULPUC. S.d. Convnio ECV-192/79 [4] ATLAS DO Potencial Elico Nacional. ELETROBRS / Fundao Padre Leonel Franca, Centrais Eltricas Brasileiras, 1988. [5] BITTENCOURT, R., ALMEIDA G. e CARPENTIERI, E. Potencial elico no litoral do Cear e Rio Grande do Norte para gerao de energia eltrica. CHESF, out.1996. DEFA-EORT-002/96 rev.1. [6] BALANO Energtico Nacional 2000 - Ano Base 1999. Braslia: DNDE Secretaria de Energia, Ministrio de Minas e Energia, 2000. [7] LEGATES, D. R. e WILLMOTT, C. J. Monthly average surface air temperature and precipitation. digital raster data on a 30 minute cartesian orthonormal geodetic (lat/long) 360x720grid. In: Global ecosystems database. Version 2.0. Boulder, CO: NOAA National Geophysical Data Center. Forty-eight independent and four derived singleattribute spatial layers. 47,846,439 bytes in 194 files. 1992. [first published in 1989] [8] ELDRIDGE, F.R. Wind machines. Van Nostrand, 1980. [9] TORREY, V Wind catchers, american windmills . of yesterday and tomorrow. The Stephen Greene Press, 1976. [10] REHFELDT, K. e CHRISTIAN, S. Windenergienutzung in der Bundesrepublik Deutschland - Stand 31.12.2000. DEWI MAGAZIN, Wilhelmshaven, n.18, Feb. 2001. [11] THE WINDICATOR: Operating Wind Power Capacity. Windpower Monthly, v.17, n.4, Apr. 2001. [12] ESTADO DO CEAR - Secretaria da InfraEstrutura do Governo/Camargo Schubert Engenharia Elica. Atlas do potencial elico. Mar. 2001. [13] US Geological Survey EROS Data Center, "Global Land Cover Characteristics Data Base" Section 6.0 (http://edcdaac.usgs.gov/glcc/ globdoc2_0.html) [14] TEN-YEAR Expansion Plan 1999/2008. GCPS, Eletrobrs, Ministry of Mines and Energy, s.d. [15] FRANCHITO, S. H. e KOUSKY, V. E. Um modelo numrico para simulao das circulaes locais, aplicado regio costeira do Nordeste do Brasil. INPE-2270-PRE/051. s.d. [16] GOMES FILHO, M. F. Um estudo sobre a influncia do albedo diferencial e da orografia na circulao atmosfrica: uma aplicao para o Nordeste brasileiro. INPE-1640-TDL/015.s.d. [17] ROCHA, N. A.; SCHULTZ, D.; BITTENCOURT, R.; AMARANTE, O.A.C. do e SUGAI, M. Estabilizao sazonal da oferta de energia atravs da complementaridade entre os regimes hidrolgico e elico. XV SNPTEE SEMINRIO NACIONAL DE PRODUO E TRANSMISSO DE ENERGIA ELTRICA. Grupo de Planejamento de Sistemas Eltricos. Foz do Iguau, PR, 17-22/out.1999. [18] PETERSEN, N., MORTENSEN, N. G., LANDBERG, L, HOEJSTRUP, J. e FRANK, H. P Wind Energy, Wiley InterScience, v.1, n.1, p.2. 22, 1998. Wind power meteorology. Part I: Climate and turbulence. [19] PETERSEN, N., MORTENSEN, N.G., LANDBERG, L, HOEJSTRUP J. e FRANK, , H.P Wind Energy, Wiley InterScience, v.1. n.2, . p.55-72, 1998. Wind power meteorology. Part II: Siting and models. [20] WEGLEY, H.L. et al. Journal of Climate and Applied Meteorology, v.26, n.6, June 1987. Improving the performance of mass - Consistent numerical models using optimization techniques. [21] MARKUS, M., BAILEY, B. Survey of wind flow models. National Renewable Energy Laboratory, TAT-5-15208-01, oct. 1996. [22] BARNARD, J.C. Solar Energy, v.46, n.5, p. 283294, 1991.An evaluation of three models designed for siting wind turbines in areas of complex terrain. [23] SIPOT2000. Banco de dados hidrolgicos. ELETROBRS, 2000. [24] RELATRIO CHESF-SCEL-GTAS 02/99 de mar./abr. 1999. [25] ESTUDOS Energticos para a Usina Elica de Palmas. COPEL - Relatrio CNPG 22/97. [26] AMARANTE, O.A.C. do, SCHULTZ, D., BITTENCOURT, R. e ROCHA, N. Wind/hydro complementary seasonal regimes in Brazil. DEWEK2000, Wilhelmshaven,2000.

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